Saarland Abitur Information Systems cheat sheet

Modellierungswerkzeuge im Abitur: Struktogramm (Nassi-Shneiderman), PAP (Programmablaufplan nach DIN 66001) und UML-Klassendiagramm; Struktogramm für verschachtelte Kontrollstrukturen, PAP für Ablaufdarstellung, UML für statische Objektstruktur.

Kontrollstrukturen: Sequenz, Selektion (if/else, switch), Iteration (while = kopfgesteuert, prüft vor dem Durchlauf; do-while = fußgesteuert, mindestens ein Durchlauf; for = Zählschleife mit Initialisierung, Bedingung, Inkrement).

Datenstrukturen und ihre Komplexität: Array Zugriff O(1), Suchen O(n); verkettete Liste Einfügen am Kopf O(1), Zugriff O(n); Stack LIFO mit push/pop; Queue FIFO mit enqueue/dequeue; Binärbaum Höhe h, Suche O(h), balanciert O(log n).

Klassendiagramm-Notation: Klasse als Rechteck mit drei Abschnitten (Name, Attribute, Operationen); Sichtbarkeiten + public, - private, # protected, ~ package; Assoziation mit Multiplizität (1, 0..1, 1..*, *), Vererbung als durchgezogene Linie mit hohlem Dreieck zur Oberklasse.

Sortierverfahren: Bubble Sort und Selection Sort O(n²) vergleichsbasiert; Mergesort O(n log n) mit O(n) Zusatzspeicher, stabil; Quicksort im Mittel O(n log n), Worst Case O(n²) bei bereits sortierter Folge mit schlechtem Pivot.

Rekursion: Jede rekursive Funktion braucht mindestens einen Basisfall (Abbruchbedingung) und einen Rekursionsschritt, der das Problem verkleinert; Rekursionstiefe begrenzt durch Aufrufstapel (Stack Overflow). Beispiel: Fakultät n! = n·(n-1)!, 0! = 1.

Suchverfahren: Lineare Suche O(n) auf beliebigen Folgen; binäre Suche O(log n), setzt sortierte Folge voraus und halbiert den Suchbereich per Indexmitte; Interpolationssuche nur bei gleichverteilten Schlüsseln sinnvoll.

Testen und Qualität: Black-Box-Test prüft Ein-/Ausgabe ohne Codekenntnis (Äquivalenzklassen, Grenzwertanalyse), White-Box-Test prüft Pfade und Verzweigungen (Anweisungs-, Zweigüberdeckung); Debugging ist Fehlersuche, Testen ist Fehlernachweis, nicht Fehlerfreiheitsbeweis.

Relationenmodell: Eine Relation ist eine Menge von Tupeln über Attributen; jedes Attribut hat einen Wertebereich (Domäne); ein Primärschlüssel (PRIMARY KEY) identifiziert Tupel eindeutig und ist implizit NOT NULL und UNIQUE.

Fremdschlüssel: FOREIGN KEY verweist auf Primär- oder Kandidatenschlüssel einer anderen (oder derselben) Relation und sichert referenzielle Integrität; ON DELETE CASCADE löscht abhängige Tupel mit, ON DELETE SET NULL setzt sie auf NULL, RESTRICT/NO ACTION verhindert das Löschen.

SQL-Grundgerüst: SELECT [DISTINCT] Spalten FROM Tabelle [JOIN ... ON ...] [WHERE Bedingung] [GROUP BY Spalten] [HAVING Bedingung] [ORDER BY Spalten ASC|DESC]; logische Auswertungsreihenfolge: FROM, WHERE, GROUP BY, HAVING, SELECT, ORDER BY.

Aggregatfunktionen COUNT, SUM, AVG, MIN, MAX fassen Gruppen zusammen; WHERE filtert vor der Gruppierung, HAVING nach der Gruppierung; NULL zählt bei COUNT(*) mit, bei COUNT(spalte) und AVG nicht; NULL-Vergleich nur mit IS NULL / IS NOT NULL.

Joins: INNER JOIN liefert nur passende Paare; LEFT/RIGHT OUTER JOIN behält alle Tupel einer Seite und füllt fehlende Werte mit NULL; CROSS JOIN ist das kartesische Produkt; Self Join verbindet eine Tabelle mit sich selbst über Aliase.

Normalformen: 1NF = nur atomare Attributwerte; 2NF = 1NF und jedes Nichtschlüsselattribut voll funktional abhängig vom gesamten Primärschlüssel (relevant bei zusammengesetzten Schlüsseln); 3NF = 2NF und keine transitiven Abhängigkeiten zwischen Nichtschlüsselattributen.

ER-Modell: Entitätstyp (Rechteck), Attribut (Ellipse), Beziehungstyp (Raute) mit Kardinalitäten 1:1, 1:n, n:m; n:m-Beziehungen werden bei der Überführung ins Relationenmodell zu einer eigenen Zwischentabelle mit den Primärschlüsseln der beteiligten Entitätstypen.

Integritätsbedingungen und Anomalien: Entitätsintegrität (Primärschlüssel eindeutig, nicht NULL), referenzielle Integrität, Domänenintegrität; ohne Normalisierung drohen Einfüge-, Lösch- und Änderungsanomalien durch Redundanz.

Transaktionen: ACID = Atomicity, Consistency, Isolation, Durability; COMMIT schreibt dauerhaft, ROLLBACK macht die Transaktion rückgängig; Sperrprotokolle verhindern Lost Update, Dirty Read und Phantomprobleme.

TCP/IP-Schichtenmodell (von oben): Anwendung (HTTP, HTTPS, DNS, SMTP, FTP), Transport (TCP, UDP), Internet/Vermittlung (IP, ICMP), Netzzugang (Ethernet, WLAN); das OSI-Referenzmodell hat sieben Schichten, das DoD-Modell vier.

TCP ist verbindungsorientiert: Drei-Wege-Handshake SYN, SYN-ACK, ACK; Segmentnummerierung, Bestätigungen (ACK), Wiederübertragung und Flusskontrolle über Fenstergröße; UDP ist verbindungslos, ohne Garantie für Reihenfolge oder Zustellung, geringerer Overhead.

IP-Adressierung: IPv4 = 32 Bit, vier Dezimaloktette; private Bereiche 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16; Subnetzmaske trennt Netz- und Hostanteil; IPv6 = 128 Bit, hexadezimal mit Doppelpunkt; NAT übersetzt private in öffentliche Adressen.

Ports und Dienste: 20/21 FTP, 22 SSH, 25 SMTP, 53 DNS, 80 HTTP, 443 HTTPS, 110 POP3, 143 IMAP; eine Socket-Adresse besteht aus IP-Adresse und Portnummer; Ports 0–1023 sind well-known ports.

DNS löst Namen in IP-Adressen auf, hierarchisch von Root- über TLD- zu autoritativen Servern; Resolver fragt rekursiv, Nameserver antworten iterativ; Records: A (IPv4), AAAA (IPv6), MX (Mail), CNAME (Alias), NS (Nameserver).

Client-Server: Der Server stellt Dienste bereit und wartet passiv auf Verbindungen (listen/accept), der Client initiiert aktiv (connect); zustandslose Protokolle wie HTTP benötigen Cookies oder Sessions zur Zustandsspeicherung; Peer-to-Peer verzichtet auf zentrale Rollenverteilung.

HTTP-Methoden und Statuscodes: GET liest, POST sendet Daten im Body, PUT ersetzt, DELETE löscht; Statuscodes 2xx Erfolg, 3xx Umleitung, 4xx Clientfehler (404 nicht gefunden), 5xx Serverfehler; HTTPS = HTTP über TLS mit Verschlüsselung und Authentifizierung per Zertifikat.

Sicherheit im Netz: Firewall filtert Pakete nach Adresse/Port, Paketfilter vs. Application Gateway; symmetrische Verschlüsselung (AES) mit einem gemeinsamen Schlüssel ist schnell, asymmetrische (RSA) löst Schlüsselaustausch und Signatur; hybride Verfahren kombinieren beide (TLS).

Chomsky-Hierarchie: Typ 3 regulär (rechtslineare Grammatik, erkennbar durch DFA/NFA), Typ 2 kontextfrei (Kellerautomat), Typ 1 kontextsensitiv (linear beschränkter Automat), Typ 0 rekursiv aufzählbar (Turingmaschine).

Deterministischer endlicher Automat (DEA): 5-Tupel (Z, Σ, δ, z0, E); δ: Z × Σ → Z ist total und deterministisch; akzeptiert genau dann, wenn nach Lesen des ganzen Wortes ein Endzustand erreicht ist; ein NFA erlaubt mehrere oder keine Folgezustände und ε-Übergänge.

Reguläre Ausdrücke und Sprachen sind unter Vereinigung, Konkatenation, Kleene-Stern (beliebig oft, auch null Mal) und Komplement abgeschlossen; Pumping-Lemma für reguläre Sprachen dient dem Nachweis der Nichtregularität, z. B. L = {aⁿbⁿ | n ≥ 0}.

Pumping-Lemma regulär: Zu jeder regulären Sprache L existiert eine Pumping-Zahl p, sodass jedes Wort w ∈ L mit |w| ≥ p als w = xyz mit |xy| ≤ p und |y| ≥ 1 zerlegbar ist und xyⁱz für alle i ≥ 0 in L liegt.

Kellerautomat (Pushdown-Automat) erkennt genau die kontextfreien Sprachen; er besitzt einen Kellerspeicher (LIFO) mit endlichem Alphabet; deterministische Kellerautomaten sind echt schwächer als nichtdeterministische.

Turingmaschine: unendliches Band, Lese-Schreib-Kopf, endliche Zustandsmenge, Übergangsfunktion δ: Z × Γ → Z × Γ × {L, R, N}; sie formalisiert den Begriff der Berechenbarkeit (Church-Turing-These).

Entscheidbarkeit: Ein Problem ist entscheidbar, wenn eine Turingmaschine für jede Eingabe nach endlich vielen Schritten mit Ja oder Nein hält; das Halteproblem ist rekursiv aufzählbar, aber nicht entscheidbar (Diagonalisierung nach Turing).

Komplexitätsklassen: P = deterministisch in Polynomialzeit lösbar; NP = Lösung in Polynomialzeit verifizierbar (nichtdeterministisch lösbar); NP-vollständig = in NP und jedes NP-Problem polynomial reduzierbar darauf, z. B. SAT; P = NP ist offen.

DSGVO-Grundsätze (Art. 5): Rechtmäßigkeit, Verarbeitung nach Treu und Glauben, Transparenz; Zweckbindung; Datenminimierung; Richtigkeit; Speicherbegrenzung; Integrität und Vertraulichkeit; Rechenschaftspflicht.

Personenbezogene Daten sind alle Informationen über eine identifizierte oder identifizierbare natürliche Person; besondere Kategorien (Art. 9) wie Gesundheit, Religion, ethnische Herkunft, biometrische Daten sind grundsätzlich verboten und nur ausnahmsweise zulässig.

Betroffenenrechte: Auskunft (Art. 15), Berichtigung (Art. 16), Löschung/„Recht auf Vergessenwerden“ (Art. 17), Einschränkung (Art. 18), Datenübertragbarkeit (Art. 20), Widerspruch (Art. 21); Rechtsgrundlagen sind u. a. Einwilligung (Art. 6 Abs. 1 lit. a) und berechtigtes Interesse (lit. f).

Datenschutz vs. Datensicherheit: Datenschutz schützt die personenbezogenen Daten und das Persönlichkeitsrecht, Datensicherheit schützt Daten allgemein vor Verlust, Manipulation und unbefugtem Zugriff; Schutzziele sind Vertraulichkeit, Integrität, Verfügbarkeit.

Bundesdatenschutzgesetz (BDSG) ergänzt die DSGVO national, etwa bei Beschäftigtendatenschutz und Datenschutzbeauftragten; in Schulen gilt zusätzlich das Schulgesetz des Saarlandes mit eigenen Regelungen zu Schülerdaten.

Schutzmechanismen: Anonymisierung macht Personen nicht mehr identifizierbar und fällt aus dem DSGVO-Anwendungsbereich; Pseudonymisierung ersetzt Kennungen, bleibt aber personenbezogen; Verschlüsselung, Zugriffskontrolle und Löschkonzepte sind technische Maßnahmen (Art. 32).

Urheberrecht und Software: Software ist urheberrechtlich geschützt, Nutzungslizenzen regeln Vervielfältigung und Verbreitung; Open Source erlaubt Einblick und Weitergabe unter Lizenzbedingungen; Raubkopien und Plagiate verletzen Urheber- und Prüfungsrecht.

Algorithmische Verantwortung: automatisierte Entscheidungen (Art. 22 DSGVO) dürfen nicht ausschließlich automatisiert erfolgen, wenn sie erhebliche Wirkung haben; Bias in Trainingsdaten, Filterblasen und Profilbildung erfordern Transparenz, Zweckbindung und menschliche Kontrolle.

IT-Sicherheitsrisiken: Malware (Virus, Wurm, Trojaner), Phishing, Social Engineering, Ransomware; Schutz durch Updates, starke Passwörter, Zwei-Faktor-Authentifizierung, Backup und Sensibilisierung; Meldepflicht bei Datenschutzverstößen binnen 72 Stunden (Art. 33).